1、前言 以水稳混合料作为高速公路的基层已为起来越多的设计者所采用,基层不仅起着承重层的作用,它对面层平整度的影响也相当重要。因为基层的不平整,将会反映到面层上,直接降低了路面的平整度质量。宁夏古王高速公路水稳基层的平整度一度成为各方失控的焦点,围绕提高基层平整度质量,我们进行了深入的探讨和研究,获得了许多有益的东西,对之后的路面基层施工起到了许多指导和促进作用,下面就提出来和大家商榷。
以水稳混合料作为高速公路的基层已为起来越多的设计者所采用,基层不仅起着承重层的作用,它对面层平整度的影响也相当重要。因为基层的不平整,将会反映到面层上,直接降低了路面的平整度质量。宁夏古王高速公路水稳基层的平整度一度成为各方失控的焦点,围绕提高基层平整度质量,我们进行了深入的探讨和研究,获得了许多有益的东西,对之后的路面基层施工起到了许多指导和促进作用,下面就提出来和大家商榷。
2、引题
基层的密实度是通过多遍碾压实现的,每—遍碾压作用过后,都会使路面有一定的压缩沉降量(标高下降),以及因碾压不当等原因而产生隆起和凹陷,我们称之为变形,每一次的变形量以及碾压完毕后的累积变形量是否一致呢?很显然,如果累积变形量一致的话,整个碾压面将会是一个平面(忽略路面曲率),这样的话,路面的平整度质量比较高。
为了达到良好的平整度,我们把累积变形量的控制分解到每一遍的碾压中,那么每一遍碾压变形量达到一致,必然整体平整度得以提高。变形量不一致即产生变形差异,变形差异直接降低了路面的平整度质量,如何使变形差异达到最小值,即是施工追求的目标,又是讨论问题的中心所在。
3、变形变异分析与往日
对混合料摊铺和碾压过程中,作用力与混合料下沉的变形量成一促非线性的增长关系,碾压的作用力越来越大,其下沉变形量却越来越小,通常,混合料下沉淀法量为零时,即达到了混合料到的压实度,碾压过程也就结束。作用力将使混合料的空隙减小,混合料重新排列组合,混合料在克服这一转变过程中要形成抗变形能力,随着密实度增加,混合料抗变形能力逐渐增强,外来的作用力也要随之增大,下面就从作用力与混合料的抗变形能力角度具体分析影响变形差异的原因:
一、 混合料抗变形能力相同的情况下,作用力对混合料变形差异的影响
混合料抗变形能力相同意味着相同的作用力(包括力的大小、方向、作用点)产生的混合料变形相同。也就是说作用力与由它产生的变形存在一一对应的关系.作用力发生变化,混合料变形也随之发生变化,由此也就产生了变形差异,路面上的高低起伏等现象正是变形差异的具体体现,我们希望每次碾压的变形差异都达到最小值,因此要严格控制作用力的变化。引起作用力改变主要有以下两种因素:
(l).机械在运行过程中受到外力的作用而引起其对混合料作用力的改变。
(2).机械在运行过程中改变速度的大小和方向而引起其对混合料作用力的改变。
外力因素的影响可以及时发现和解决,甚至于得到彻底解决,但机械运行速度变化因素的影响却不可能完全消除,因为机械不可能保持一个状态不变,机械起步、停车、加速、减速、改变方向等在所难免的,这种状态的改变必然会引起作用力的变化,作用力的变化引起混合料变形量的改变,由此混合料的变形差异也就随之产生了。虽然这种状态变化不可能避免,但可以尽量弱化它的影响,直至它起不了多少负作用为止。弱化只能通过延缓力的作用强度来实现,给力的变化以较大的过渡区间,所以在施工中应该作到:
①.匀选碾压,减小力的变化。
②.缓缓起步、慢慢停车、长距离小角度去改变机械的运行方向,以延缓力的作用强度。
③.在有振动碾时,应“先停振,后停车;先行车后起振”,以延缓力的作用强度。
④.碾压段应控制在40~50米为宜,保证碾压速度相对的平稳,实现匀速碾压。
在路面的碾压中,力的变化对混合料的变形差异影响具体分析如下:
1、力的大小对变形差异的影响
路面对面碾压的初期,混合料密实度并不高,其抗变形能力比较弱,所以力的变化对变形差异影响是比较明显的。
为了使每一遍碾压的变形差异接近最小值,对混合料作用力应逐渐提高。不可为提高路面压实度而过早的使用重机械碾压或提前开振动,致使路面的平整度质量下降。
我们在古王高速公路施工中曾采用过二种机械组合形式,分别为:
通过对两种机械组合碾压结果的比较中发现:第一种机械组合碾压效果明显强于后者。为什么呢?因为在第二遍碾压中,引起的变形差异第二种组合较第一种组合要大,究其原因主要是由于三轮压路机自重过大,碾压中其状态改变引起作用力的变化较轮胎压路机要大,在混合料抗变形能力基本相同的情况下,引起混合料的变形差异也随之增大,其后再使用小吨位的压路机碾压,就起不了多大的作用了,所以为减小混合料变形差异,提高路面平整度质量,碾压作用力应随着混合料抗变形能力的增强而逐渐加大,具体到机械组合问题上,应遵循由轻到重的顺序去安排施工机械。
2、力的作用方向对变形差异的影响
施工中,我们希望作用力方向尽量是垂直方向,而非水平方向,水平方向作用力造成的变形差异相对来说更大,更难处理。实际碾压中,牵引力作用形式有两种,主动轮在前时,表现为转向力,从动轮在前时,表现为推力,从减小水平方向作用力,减小变形差异角度考虑,施工中更应采用转向力而非推力。:
3、力的作用时间对变形差异的影响
力的作用时间越长,混合料的变形差异越大,当压路在末压实或刚刚压实的路面上停留一段时间后。轮迹会留在混合料的表而上,而且混合料越松散,其抗变形能力越差,轮迹越深,因此,在施工中宜将压路机停留在较密实的混合料上,即上—碾压段。
4、力的作用频率对变形差异的影响
当采用振动碾压方式时,压路机振动频率与碾压速度存在一个最佳结合点,高速度低频率将使振动力对路面的作用力分布不均匀.所以混合料在受力不一致的情况下,会出现变形差异,那么正弦曲线式的波浪随之产生;低速度高频率也会加大路面的作用力,等效于碾压组合中重机械提前碾压或力的作用时间延长,出此也对平整度造成不利影响。
在古王的公路施工中,取了100米长的三段基层(该三段基层的抗变形能力基本相同)并以DD110英格索兰压路机进行了对比试验,试验结果正好说明了这个问题。
二、相同力的作用下,混合料的抗变形能力是否相同,变形量是否一致呢?
相同的混合料应具有相同的抗变形能力,其抗变形能力应成为其一个重要的特征,如何界定相同的混合料呢?应是指组成材料相同、配合比相同、拌制时间相同的混合料。因为混合料中含有水泥,即使是相同的混合料,也应处于同一环境条件下其抗变形能力才能表现出相同。同一环境条件是指:空气温度、湿度等外界影响其强度增长的因素相同。
1、混合料的含水量变化对变形差异的影响
混合料的含水量过高时,将导致混合料的内摩擦角减小,抗变形能力减弱,变形量增大。实际施工中,往往因为某一车混合料含水量偏高,碾压过后在该处出现路面下陷的现象正是这个原因。含水量偏低也使混合料的抗变形能力发生变化。因此在施工中应准确控制混合料含水量,不宜出现较大的波动,尤其多个稳定土拌合站同时拌料的情况下,相邻两车混合料的含水量误差应控制在0.2%以内。
2、混合料级配变化对变形差异的影响
混合料抗变形能力由混合料中骨料的内摩擦角和骨料间粘结力组成,在先期粘结力不明显,起作用的主要是内摩擦角。混合料级配发生变化,其内摩擦角必然改变,从而其抗变形能力相应改变。混合料级配变化主要表现在粗细集料组成比例失调,在一定范围内,粗骨料增加,细集料减小,抗变形能力增大,反之,抗变形能力减小。
在古工高速公路施工中,基层施工采用ABG423型摊铺机,在摊铺机的布料器托架处出现了混合料的离析现象一粗集料增加,细集料减小,碾压过后,在该处路面出现起伏,横坡度超标。这是一个具体的实例。
还有自卸车在卸料过程中,最后卸下的少许混合料往往出现离析现象,虽然经过摊铺机的二次搅拌,混合料离析的问题仍 然不同程度的存在,平整度检测中,会发现路面沿纵向每隔一定距离即出现少许起伏,就是这个原因。
稳定土拌合站在拌料的过程中偶尔也会出现计量不准的时候。
因此,为控制混合料级配对变形差异的影响,应把好原材料检验关,杜绝出现原材料级配的过大起伏,同时,配料要准确,试验工作要经常化,这样拌出的混合料才会均匀一致,抗变形能力才会相同。对由于机械本身的原因而造成混合料离析,看能否改进机械,以及通过其它方法可以处理。如对于ABG423摊铺机因布料器托架而引起离析的问题,我们在古王高速公路是采取首先加压一遍的方法最终减小了累积变形差异,进而提高了路面的平整度质量。
3、混合料的密实状态对变形差异的影响
如果混合料密实状态不一致,相当于混合料处于不同的碾压阶段,因此其抗变形能力不同,对它施加相同的力,所产生的变形差异也是不同的.同样是10~12吨的压路机,分别对密实度为85%和92%的两种状态混合料施加作用力,压缩沉降量分别是1.8cm和0.4cm,这虽然是在某次检测中获得的数据,却可以说明这个道理。
4、时间性差异对变形差异的影响
混合料中含有水泥,水泥粘结力是随着时间的延长而逐渐增加的,因此,不同时间的碾压作用力,其产生的变形也不一致,这就是所谓时间性差异影响变形。实践中发现,某一处变形差异经过一段时间后,再对其施加作用力,减小混合料隙率,增加密度的结果是很难达到密实度和很难提高平整度,同时还破坏了已形成的强度。
三、其它因素对变形差异的影响
1、底面不平整对变形差异的影响
底面不平整,那么混合料的松铺厚度就不相同,厚的地方,压缩沉降量较大,薄的地方,压缩沉降量较小,沉降量的变化也可理解为混合料抗变形能力存在差异,沉降量大,抗变形能力弱,沉降量小,抗变形能力强。混合料变形差异随其抗变形能力的改变而改变。
2、摊铺环节对变形差异的影响
混合料摊铺环节将完成两件事情,摊平和初压。实践表明,如果摊铺不平的话,碾压环节很难弥补;如果初压较密实的话,碾压的质量将提高,因为这既可以缩短碾压的时间,减小碾压的环节,又将同比减小每次碾压的变形差异,故而会提高平整度质量。
3、标高控制基准线对平整度的影响
我们在摊铺混合料时,平整度是—项控制指标,高程也是一项控制指标,高程的控制是通过每隔10米钉设钢桩,然后在钢桩间拉设钢线,钢线的高度即是标高控制的基准线,在钢线向下的某一位置即是该路面层的设计标高。由于钢线本身的重力和某些外来力的作用,会使钢线出现一个向下的挠度,即两边高,中间高。路面也随之出现波浪式的起伏。可以通过以下方法予以消除:
(1)拉紧钢线,减小挠度,每段钢线应控制在200米以内,且钢线拉力应在1000KN左右。
(2)订设第二层钢桩时,将钢桩分布在第一层钢桩的中间位置,来弱化该原因对变形差异的影响。
四、结论
综上所述,水泥稳定级配碎石基层平整度的控制应以弱化混合料变形差异,使其接近最小值为原则展开工作.围绕减小作用力差异,抗变形能力差异去组织施工和施工生产.对影响作用力变化的碾压工艺,影响混合料抗变形能力的材料级配、含水量、时间性差异等因素,以及其它影响混合料变形差异的因素加以控制,并尽量实现规范化作业,从而从根本上提高路面的平整度质量。